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复合材料损坏预警系统:用于监视广泛使用的复合材料(称为纤维增强聚合物(FRPs))的变化
2020年10月29日    阅读量:4860    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

美国国家标准技术研究院(NIST)的一个团队开发了一种工具,用于监视广泛使用的复合材料(称为纤维增强聚合物(FRPs))的变化,这种变化在从航空航天,基础设施到风力涡轮机的所有事物中都可以找到。集成到这些材料中的新工具可以帮助评估随着年龄的增长而发生的损坏。


NIST化学家Jeff Gilman说:“这使我们能够开发出更好,更耐疲劳的复合材料涂料在线coatingol.com。” “我们可以看到光纤何时开始断裂。现在,我们有了量化损伤的方法。”


复合材料损坏预警系统:用于监视广泛使用的复合材料(称为纤维增强聚合物(FRPs))的变化 中网信息,ChinaNews360.com


自1960年代以来,科学家一直在尝试使FRP变得更轻,更坚固的方法。这通常意味着测试纤维和树脂之间的粘合。如以前的出版物中所述,NIST团队添加了在机械力影响后发出荧光的小分子。这些被称为“机械生团”的分子会改变颜色或变亮,从而有助于识别纤维和树脂之间的微小纳米级开口或裂缝。


NIST团队通过在整个复合树脂中加入机械载体,将这项技术提升到了一个新的水平。尽管肉眼看不到,但最新方法允许科学家使用特殊的显微镜成像技术来测量FRP损伤。该方法结合了微量(小于0.1%质量)的称为若丹明的荧光染料,该染料不会引起材料物理性质的明显变化。


如果将新的力学载体嵌入到由FRP制成的结构中,则可以廉价且定期地对疲劳进行现场测试。像风力涡轮机这样的结构,即使在架设数年之后,也经常可以轻松地进行内部裂缝的扫描。


使用此新工具的最初工作也显示出对FRP损坏的惊讶。当纤维断裂时,它发出一种在整个材料中移动的“冲击波”,《复合材料科学与技术》上发表的有关机械体的新论文的主要作者耶利米·伍德考克解释说。在过去,据信大多数损坏发生在破损点。


伍德考克说:“我们认为,当观察结果时,裂纹周围会出现光晕,显示出机械力的荧光。” 相反,他们发现损坏发生在距离光纤断裂点很远的地方。“就像我们知道地震,但不知道地震后的海啸一样。”


NIST机理研究还发现,现有测试无意中破坏了材料的强度。反过来,这导致设计师和工程师过度设计FRP。因此,使用机械载体可以降低能源和制造成本,并增加这些材料在工业中的使用方式。


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